Doenças tropicais e fragmentação




As relações entre doenças tropicais e fragmentação são abordadas por uma área denominada Epidemiologia de Paisagens. Epidemiologia é definida por Lilienfield [1] como a ciência que estuda os padrões da ocorrência de doenças em populações humanas e os fatores determinantes destes padrões. Enquanto a Ecologia de Paisagens enfatiza a interação entre os padrões espaciais e os processos ecológicos, isto é, as causas e as consequências da heterogeneidade espacial em uma variedade de escalas [2], a Epidemiologia de Paisagens visa aplicar os conceitos e abordagens originárias da Ecologia de Paisagens para o estudo da dinâmica de patógenos na escala da paisagem.

A Epidemiologia de Paisagens tem como objetivo identificar os fatores que influenciam a propagação espacial de doenças entre as populações de patógenos ou hospedeiros [3]. Os recentes progressos nesta área são resultado de avanços nas tecnologias para coleta e análise das estruturas da paisagem, principalmente das técnicas de sensoriamento remoto, dos sistemas de posicionamento global (GPS) e dos sistemas de informação geográficas (SIG), aliada à percepção da importância da estruturação espacial no campo da epidemiologia. O número de pesquisas relacionadas ao impacto das propriedades da paisagem em doenças que afetam seres humanos ou animais é crescente. Exemplos de estudos realizados para doenças que afetam humanos incluem estudos da doença de Lyme [4] [5], hantavirose [6], encefalite do Nilo Ocidental (também conhecida como WNV - West Nile Vírus) [7] e malária [8]. Pesquisas em animais também exploraram, dentre outras doenças, a peste silvestre em cães da pradaria [9] e hantavirus em ratos veadeiros [10]. A mesma tendência pode ser observada em estudos dedicados à dinâmica de pragas agrícolas, como os estudos do o Mal del Río Cuarto [11]. Entretanto, segundo Plantegenest et al. [12], os estudos de ecologia da paisagem e fitopatologia ainda tem recebido pouca atenção, especialmente para doenças de culturas economicamente importantes. Para o autor, os estudos epidemiológicos da paisagem poderiam ajudar a identificar as características da paisagem que impactam um risco de doença, com o propósito de desenhar estratégias de proteção das culturas (por exemplo, tratamentos baseados em sistemas de suporte à decisão),e desenhar estratégias de gestão das estruturas da paisagem e sistemas agrícolas com o objetivo de reduzir o risco da doença. Em ambos os casos, esperaria-se uma diminuição da necessidade de intervenções preventivas e curativas (como o uso de produtos químicos).

Histórico


Embora alguns pesquisadores atribuam uma origem recente aos estudos na Epidemiologia de Paisagens, a utilização do espaço como categoria de análise para a compreensão da ocorrência e distribuição das doenças é anterior ao surgimento da epidemiologia como disciplina científica [13]. As primeiras análises já incorporavam o conceito de espaço, com o conceito intuitivo de que determinadas doenças ocorriam preferencialmente neste ou naquele lugar. Galuzo [14] apresenta os relatos de Snow que, em 1854, observou que casos de cólera foram agrupados em torno de uma bomba em Londres, corroborando sua hipótese de que a cólera era causada por um patógeno transmitido pela água.

O conceito de epidemiologia da paisagem foi proposto pela primeira vez na década de 1930, pelo parasitologista russo Pavlovski, que desenvolveu a teoria dos focos naturais das doenças transmissíveis, também conhecida como teoria da nidalidade natural das doenças transmissíveis.

Contextualização


Patógenos exercem uma pressão evolutiva significativa sobre os hospedeiros, resultando em respostas adaptativas, tais como a manutenção da diversidade genética dentro das populações de hospedeiros para minimizar ou evitar a infecção [15]. Processos antrópicos como a fragmentação do habitat, no entanto, podem acarretar a redução da população, cruzamentos consanguíneos e interrupção de corredores de dispersão, resultando em uma menor diversidade genética e maior prevalência de infecção [16]. Relacionar epidemiologia e paisagens é, geralmente, investigar os efeitos da fragmentação do habitat na prevalência de infecção dos hospedeiros. A hipótese clássica é a de que populações em paisagens mais fragmentadas serão mais suscetíveis aos patógenos e terão uma maior prevalencia da infecção. Um trabalho que aborda essas questões de maneira clássica é apresentado por Balasubramaniam et al. [17], quando investigam a pravalência da malária Aviária em habitat fragmentados.

Outras abordagens podem ser efetuadas além da hipótese clássica, uma vez que as perguntas do objeto de pesquisa devem delinear as análises que serão feitas entre os padrões espaciais e as interações hospedeiro-patógeno. Algumas das discussões mais apresentadas nas pesquisas da área foram revisadas e divididos em 4 grupos [12]:

1. Influência da composição da paisagem na relação patógeno-hospedeiro


A composição da paisagem se refere às quantidades relativas de cada elemento da paisagem. Uma métrica simples da composição da paisagem é a freqüência relativa dos diferentes tipos de manchas. Esta composição determina a abundância local de reservatórios potenciais de patógenos, que pode obviamente influenciar a transmissão de patógenos e, portanto, aumentar o risco de infecção. É sabido que a densidade do hospedeiro é um dos principais fatores causadores de epidemias de doenças e estudos teóricos têm focado a influência da composição da paisagem na densidade de hospedeiros, como objetivo de determinar um limite, abaixo do qual um patógeno não pode invadir uma população de indivíduos suscetíveis [18].
Em suma, a modificação da composição da paisagem impacta potencialmente o risco da doença de várias maneiras, como na alteração da densidade de hospedeiros no fragmento, ao afetar a abundância e a composição de espécies hospedeiras, e ao influenciar na exposição humana, ou da espécie afetada ao patógeno.

2. Dinâmica de patógenos em paisagens heterogêneas


As populações em estudo são geralmente fragmentadas e podem experimentar frequentes eventos de extinção e colonização local. A teoria de metapopulações sugere a redução do índice de doenças com a redução do tamanho da mancha [19]. Entretanto, a fragmentação também pode ter um efeito positivo na dinâmica das doenças pelo aumento relativo das bordas. De fato, a fragmentação expõe organismos que estão próximos à borda à condições de um ecossistema diferente que os envolve. Esse efeito de borda pode favorecer a disperção de doenças.
Estudos de populações de insetos distribuídos de maneira irregular pela paisagem têm demonstrado a importância do tamanho dos fragmentos e o grau de isolamento na determinação da distribuição dessas populações. Para essas populações, a conectividade dos fragmentos terá um efeito nos padrões da ocupação das manchas e da dinâmica regional [11].

3. Estrutura da Paisagem e Disperção dos patógenos

Vários elementos da paisagem podem agir como barreiras ou como trampolins para a dispersão de patógenos ou vetores, a depender da espécie em questão.
Um dos principais processos ecológicos da ecologia de paisagens é a dispersão. Infelizmente, os métodos clássicos, tais como a marcação-liberação-recaptura ou radiorrastreamento são inoperantes para pequenos organismos. Isso pode explicar em parte a raridade de estudos sobre a ecologia da paisagem de pragas e patógenos [12]. Para várias pragas, a composição da matriz irá influenciar a distribuição dessas populações por afetar o padrão de movimentação dos indivíduos. Em espécies que mostram diferentes movimentações dependendo do tipo de cobertura da matriz, o movimento de indivíduos pela paisagem dependerá da ocorrência e padrão dos tipos de cobertura. O isolamento de um fragmento irá, frequentemente, ter um efeito negativo na densidade da população, uma vez que fragmentos isolados terão menor taxas de imigração e recolonização. O isolamento de habitat é relativo e as características da matriz entre os fragmentos desempenha um importante papel na conectividade das paisagens fragmentadas [11].

4. Características da Paisagem e dinâmica evolutiva do patógeno


Além de sua influência na dinâmica da doença, as propriedades da paisagem também podem afetar a estrutura genética das populações e do funcionamento do patógeno e, conseqüentemente, a probabilidade de emergência da doença. Basicamente, as propriedades da paisagem podem influenciar esses processos, favorecendo) um fluxo gênico alto que facilite a disseminação de uma cepa virulenta ou até mesmo uma alta diversidade genética do patógeno, resultando em uma alta probabilidade do aparecimento de uma estirpe virulenta. Patógenos que exibem alto fluxo gênico constituem um maior risco de que patógenos com baixo fluxo gênico pois as populações com alto fluxo gênico têm maior tamanho efetivo e, portanto, uma maior probabilidade de que um mutante resistente apareça na população e porque as populações com alto fluxo gênico são mais propensas a transmitir mutantes virulentas em uma grande área geográfica [12].

Aplicações

Do ponto de vista aplicado, as pesquisas concentram-se na avaliação do impacto das propriedades da paisagem na dinâmica de doenças. Um bom exemplo pode ser fornecido por [7], para a encefalite do Nilo Ocidental (também conhecida como WNV - West Nile Vírus). A distribuição de risco humano para o WNV foi determina pela análise espacial da distribuição dos casos iniciais para a área em análise, a cidade de Nova York, usando tecnologias de sensoriamento remoto e sistemas de informações geográfica. Análises de agrupamento revelaram a presença de casos agrupados estatiscamente de modo significativo, indicando a área da provável introdução desse patógeno exótico. Pela ecologia das espécies envolvidas, a adequação de habitat para mosquitos adultos potencialmente infectados foi medida pela quantidade de cobertura vegetal usando imagens de satélite (NDVI) (Figura1). Análises de regressão logística revelaram que a abundância de vegetação derivada das imagens de satélite tinha uma associação significativamente positiva com a presença de casos da doença em humanos. O modelo logístico foi usado para estimar a distribuição espacial do risco para humanos na cidade analisada. A precisão desse mapa de risco gerado (Figura 2) foi validada por amostragens em sítios positivos para o mosquito.


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Figura 1. Mapa da densidade de vegetação na área de estudo.


RiskMap_NovaYork_WNV.jpg
Figura 2. Mapa de Risco para a área de Nova York.

Referências

[1] Lilienfeld A. M., Lilienfeld D. E. Foundations of Epidemiology. 2nd ed. Chapter 1: The Epidemiologic Approach to Disease. London/New York: Oxford University Press, pp 3–22, 1980
[2] Turner, M. G., Gardner, R. H., & O’Neill, R. V. Landscape Ecology in theory and practice: pattern and process (p. 401). Springer-Verlag New York, Inc., 2001
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Texto elaborado por: Carolina Abreu